DE19925493C1 - Linear ausgedehnte Anordnung zur großflächigen Mikrowellenbehandlung und zur großflächigen Plasmaerzeugung - Google Patents

Abstract

Zur Ermöglichung einer nicht nur punktuellen intensiven Behandlung von zu behandelndem Gut, insbesondere zur Plasmabehandlung, sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen zur Behandlung von Werkstücken, mit mindestens einer Mikrowellen-Antenne mit einem gestreckten Leiter zur Erzeugung von elektromagnetischen Wechselfeldern, mit einem sich im wesentlichen über die Länge des Leiters erstreckenden Gehäuse und mit einem gestreckten, dem Leiter folgenden Auskopplungsbereich der Mikrowellen, wobei der Auskopplungsbereich im Gehäuse liegt, bei der das Gehäuse durch mindestens einen Hohlraumresonator gebildet ist, der Hohlraumresonator länglich ausgebildet ist und im Verlauf der Mikrowellen-Antenne folgt, der Hohlraumresonator mindestens einen sich verjüngenden geschlossenen ersten Scheitelbereich aufweist, der Auskopplungsbereich sich im wesentlichen im Fokusbereich des Hohlraumresonators erstreckt und an den Hohlraumresonator sich ein zumindest nicht divergierender Gehäusebereich anschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen zur Behandlung von Werkstücken.

Aus der DE 195 03 205 C1 ist eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung von Plasma in einen Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern bekannt, bei der ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolieren­ dem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist. Das Rohr ist derart gasge­ füllt, daß eine Plasmabildung in ihm vermieden wird. Eine solche setzt unmittelbar um das Rohr ein, da hier die Strahlungsintensität am stärksten ist. Nachteilig ist der hohe Energieeintrag auf das Rohr, die Veränderung der Abstrahlungen durch Verunreinigungen und die Gefahr einer Beschichtung des Rohres selbst.

Die WO 96/23318 A1 = DE 195 07 077 C1 zeigt einen Plasma­ reaktor mit einem rotationssymmetrischen Hohlraumresona­ tor in Form eines Ellipsoidresonators. In einen ersten Fokuspunkt ragt das freie Ende eines Koppelstiftes, während ein zweiter Fokuspunkt des Ellipsoidresonators von einer Quarzglocke umschlossen ist und derart einen Plasmabehandlungsraum um den Fokuspunkt bildet. Nachtei­ lig ist, daß der Behandlungsbereich ein reduzierter, lediglich radial um den Fokuspunkt konzentrierter ist.

In der DE 43 10 241 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen zur Behandlung von Werkstücken aufgezeigt mit an einer Mikrowellenquelle angeschlossenen Mikrowel­ lenantenne mit einem gestreckten Leiter zur Erzeugung von elektromagnetischen Wechselfeldern, mit einem sich im wesentlichen über die Länge des Leiters erstreckendem Gehäuse und mit einem gestreckten, dem Leiter folgenden Auskopplungsbereich (jeweils Abschnitt des Leiters inner­ halb des Gehäuses der Mikrowellen, wobei der Auskopp­ lungsbereich im Gehäuse liegt und wobei in dem Gehäuse ein Hohlraum gebildet ist (durch die Targets, der längli­ ch ausgebildet ist und dem Verlauf der Mikrowellenantenn­ en folgt.

In der DE 40 37 091 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen zur Behandlung von Werkstücken aufgezeigt mit mindestens einer an eine Mikrowellenquelle ange­ schlossenen Mikrowellenantenne zur Erzeugung von elektro­ magnetischen Wechselfeldern und einem sich über die Mikrowellenantennen erstreckenden Gehäuse, in dessen einem Teil der Auskopplungsbereich der Mikrowellenanten­ nen liegt, wobei das Gehäuse zum Teil von einem länglich ausgebildeten Hohlraumresonator gebildet ist.

In der Druckschrift DE 37 12 971 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen zur Behandlung von Werk­ stücken aufgezeigt mit mindestens einer an eine Mikro­ wellenquelle angeschlossenen Mikrowellenantenne zur Erzeugung von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei der Auskopplungsbereich der Mikrowellen in einem sich länglich erstreckendem Gehäuse liegt, wobei das Gehäuse durch einen Hohlraumresonator gebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen größeren, möglichst homogenen Mikrowellenbehandlungsbereich zur Behandlung von Werkstücken zu schaffen, der auch eine kontinuierliche Behandlung erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse durch mindestens einen Hohlraumresonator gebildet ist, daß der Hohlraumresonator länglich ausge­ bildet ist und dem Verlauf der Mikrowellen-Antenne folgt, daß der Hohlraumresonator mindestens einen sich verjüng­ enden geschlossenen ersten Scheitelbereich aufweist, daß der Auskopplungsbereich sich im wesentlichen im Fokusbe­ reich des Hohlraumresonators erstreckt und daß an den sich erweitenden Scheitelbereich ein zumindestens nicht divergierender Gehäusebereich anschließt.

Durch die Erfindung wird eine für Bündelung von Mikro­ wellen zumindest in Form einer Parallelisierung derselben linear ausgedehnte, in Richtung ihrer Längserstreckung homogene Behandlungszone ermöglicht, wobei die Breite der Behandlungszone senkrecht zur Längserstreckung durch geeignete Gehäuseformung variierbar ist.

Die Mikrowelleneinkopplung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Mikrowellen-Antenne durch einen von einem Dielektrikum umgebenen elektrisch leitenden gestreckten Leiter gebildet ist, der sich im Fokusbereich des Hohlraumresonators befindet, wobei entweder das Dielektrikum ein den Leiter eng umgebender Festkörper ist oder daß das Dielektrikum durch Gas gebildet ist, das mit einem den Leiter umgebenden dielektrischen Rohr radial begrenzt werden kann.

Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, daß die Mikro­ wellen-Antenne durch einen Koaxialleiter mit Innen- und Außenleiter gebildet ist, wobei wiederum entweder der Außenleiter ein einen Innenleiter lediglich teilweise umgebender Teilzylinder ist, der auf der dem Scheitelbe­ reich des Hohlraumresonators abgewandten Bereich des Innenleiters angeordnet ist oder aber daß der Außenleiter eine Mantelbeschichtung auf einem dem Innenleiter umge­ benden Dielektrikum ist. Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Außenleiter zumindestens eine dem Scheitelbereich des Hohlraumresonators zugewandte Öffnung aufweist, die im Fokusbereich des Hohlraumresonators liegt und in Form von Schlitzen oder Löchern beschaffen ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Mikrowel­ len-Antenne durch einen Hohlleiter mit im Fokusbereich des Hohlraumresonators liegende Austrittsöffnung als Auskopplungsbereich ausgebildet ist.

Die Mikrowellen können dabei jeweils von einem Ende oder von beiden Enden her in die Mikrowellen-Antenne(n) Leiter eingespeist werden.

Während insbesondere lediglich zur Wärmebehandlung von Werkstücken der sich an den ersten Scheitelbereich an­ schließende nicht divergierende Bereich durch parallele Wandungen ausgebildet wird, sieht eine bevorzugte Ausge­ staltung vor, daß der nicht divergierende Bereich ein sich vom ersten Scheitelbereich fortverjüngende zweiter Scheitelbereich ist und daß das Werkstück im wesentlichen in Fokusbereichen des zweiten Scheitelbereiches anordbar ist. Der sich verjüngende Bereich kann im Querschnitt die Form einer Parabel oder eines Teils einer Ellipse haben. Neben einer Mikrowellen-Wärmebehandlung ist diese Ausge­ staltung insbesondere zur Plasmabehandlung von Werkgut geeignet, wobei zur Kontrolle der verwendeten Gase, insbesondere hinsichtlich Druck, Gasart und Gasfluß, der Plasmabehandlungsbereich vom Mikrowellenerzeugungsbereich abzutrennen ist.

Dies kann dadurch geschehen, daß der Trennkörper im wesentlichen eine ebene Wandung ist, daß der Trennkörper ein halbzylindrischer Mantel ist, der über dem Behand­ lungsfokus angeordnet und fest und dicht mit der Wandung des Gehäuses verbunden ist, oder aber dadurch, daß der Trennkörper durch ein den Behandlungsfokus umgebendes dielektrisches Rohr gebildet ist.

Insbesondere wenn bei der Behandlung von Werkstücken verhindert werden soll, daß austretende Dämpfe oder abgespritzte Flüssigkeitstropfen auf die Mikrowellen- Antenne treffen, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestal­ tung vor, daß erster Scheitelbereich und nicht divergier­ ender Bereich unter einem endlichen Winkel zueinander angeordnet sind und daß zwischen beiden Bereichen eine Reflektionsfläche vorgesehen ist.

Zur Erhöhung der Mikrowellenintensität im Behandlungsbe­ reich kann vorgesehen sein, daß mindestens zwei erste Scheitelbereiche die jeweils eine Mikrowellen-Antenne aufweisen, sich parallel zueinander erstreckend angeord­ net sind und in einen gemeinsamen nicht divergierenden Bereich übergehen. Hierbei sind alternative Ausgestal­ tungen wählbar, wobei gemäß einer ersten Ausgestaltung vorgesehen sein kann, daß die mindestens zwei ersten Scheitelbereiche benachbart zueinander angeordnet sind.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß zwei Mikrowel­ len-Antennen relativ zu einem zweiten Behandlungsfokus diagonal gegenüber angeordnet sind. Zur weiteren Erhöhung des Energieeintrags, insbesondere bei der Plasmabehand­ lung kann darüber hinaus vorgesehen sein, daß um einen Behandlungsfokus herum mehrere Mikrowellen-Antennen in ihnen zugehörigen Hohlraumresonatoren symmetrisch ver­ teilt angeordnet sind.

Zur Verbreitung des Behandlungsbereichs sieht eine wei­ tere Ausgestaltung vor, daß mehrere Mikrowellen-Antennen zumindestens auf einer Seite eines Werkstücks parallel nebeneinander in ihnen zugehörigen Hohlraumresonatoren angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in verschiedener Weise eingesetzt werden.

Gemäß einer ersten Anwendungsausgestaltung kann vorge­ sehen sein, daß zur Behandlung innerhalb des Gehäuses Ab- und Aufwickeldorne vorgesehen und mindestens eine Umlenk- oder Führungsweise in der Nähe des Arbeitsfokus angeord­ net sind. Zur Mikrowellen-Behandlung von Schüttgut sieht die Erfindung vor, daß im Behandlungsbereich ein Mischer angeordnet ist. Während die Behandlung dabei diskonti­ nuierlich erfolgt und nach der Behandlung das Schüttgut im Plasmabehandlungsraum ausgetauscht werden muß, sieht eine quasi kontinuierliche Behandlung eine Förderschnecke im Bereich des Arbeitsfokus zur Förderung des zu behan­ delnden Materials vor. Zur Reinigung von Abgas kann weiterhin vorgesehen sein, daß ein sich entlang des Behandlungsfokus erstreckendes, mit einer Pumpe verse­ henes Gasführungsrohr angeordnet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei­ bung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1a eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen und Plasmabehandlung mit einem in einem Dielektrikum angeordneten linearen Leiter im Längsschnitt;

Fig. 1b die Ausgestaltung der Fig. 1a im Quer­ schnitt;

Fig. 1c die zusätzliche Ausgestaltung der Fig. 1a, 1b in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen mit zwei Mikrowellen-Antennen;

Fig. 3 eine andere Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit einem linearen Leiter, der durch einen teil­ weise geöffneten leitfähigen Mantel abgeschirmt ist;

Fig. 4 eine Ausführungsform mit einem Koaxial­ leiter, dessen Außenleiter geschlitzt ist;

Fig. 5 eine Ausführungsform entsprechend Fig. 4, wobei der Außenleiter gelocht ist.

Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit einem geschlitzten Hohlleiter;

Fig. 7 bis 9 weitere schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ver­ schiedenen Ausführungsformen zur Mikro­ wellenbestrahlung von Bahnen;

Fig. 10 und 11 Ausgestaltungen zur Mikrowellenbestrah­ lung einer Bahn mit erhöhtem Wärmeein­ trag in die Bahn;

Fig. 12 eine Ausführungsform zur Mikrowellenbe­ strahlung einer Bahn mit zwei parallel ausgerichteten Mikrowellenquellen;

Fig. 13 eine weitere Ausgestaltung einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Mikrowel­ lenbestrahlung einer Bahn mit mehreren parallel nebeneinander angeordneten Mikrowellen-Antennen;

Fig. 14 bis 17 verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeu­ gung eines Plasmas insbesondere zur Beschichtung von Gegenständen;

Fig. 18 bis 20 Ausgestaltung zur Erzeugung eines Plas­ mas durch sich zwei und mehr parallel zueinander erstreckende Mikrowellen-An­ tennen;

Fig. 21 eine Ausgestaltung zur kontinuierlichen Plasmabehandlung einer Bahn;

Fig. 22 eine Ausführungsform zur Plasmabehand­ lung von Schüttgut mit einem Mischer; und

Fig. 23 eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Mikrowellenbehandlung des Mediums in einer Förderschnecke.

In der Ausgestaltung der Fig. 1a und 1b weist die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Mikrowellen - hier mit Ellipsen-Querschnitt - eine Mikrowellen-Antenne 2 mit einem gestreckten linearen Leiter 3 in Form eines Stabes, Drahtes oder Kupferrohres auf, der von einem Dielektrikum 4 beispielsweise in Form eines mit Abstand angeordneten und Luft enthaltenden Quarzrohres oder einen Keramikstab umgeben ist.

Die Einkopplung der Mikrowellen erfolgt über eine oder beide Stirnseite des Leiters 3, in üblicher Weise mit Mikrowellen-Adaptern und ist daher nicht näher darge­ stellt.

Die beschriebene Mikrowellen-Antenne 2 befindet sich in einem ihr folgenden gestreckten Hohlraumresonator 6 mit einer zumindestens teilweise parabel- oder ellipsenförmi­ gen Kontur - hier mit Ellipsen-Querschnitt - die einen parallel zur Antenne 2 bzw. dem Leiter 3 verlaufenden ersten Scheitelbereich 8 aufweist der einen ersten Fokus­ bereich hat - der durch die Fokuslinie parallel symmet­ risch einfallender Strählen bestimmt ist. In der Ausges­ taltung der Fig. 1 findet sich der lineare Leiter 3 genau im Fokusbereich des Hohlraumresonators 6 bzw. dessen (ersten) Scheitelbereichs 8. Bei der Ausgestaltung der Fig. 1a und b weist der Hohlraumresonator 6 einen zweiten Scheitelbereich 8' mit einem mit einem Kreuz (X) gekenn­ zeichneten zweiten gestreckten Fokusbereich F', dem Behandlungsfokus auf, der von einem Rohr 10 umgeben ist, in dem so ein Plasma erzeugt und eine Plasmabehandlung eines Werkstücks, wie eine Beschichtung in einer Plasma­ phase eines Gases durchgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, wie in Fig. 2 angedeutet auch zur Erwärmung eines Werkstücks 7, wie einer Bahn dienen, beispielsweise zum Trocknen einer solchen oder zum Aushärten einer auf ihr aufgebrachten Beschichtung. Eine Ausgestaltung einer solchen Anwendung ist in der Fig. 2 dargestellt. Ein zwei erste Scheitel­ bereiche 8, 8' aufweisender Hohlraumresonator 6 ist bei dieser Ausgestaltung im Schnitt ellipsenförmig ausgebil­ det. Zwei Mikrowellen-Antennen 2, 2' finden sich mit ihrem drahtförmigen (Innen-) Leiter 3, 3' in den Fokusbe­ reichen des Hohlraumresonators 6. Mit Abstand zu den Mikrowellen-Antennen 2, 2' ist das Werkstück 7 angeord­ net, das beidseitig durch die Mikrowellen-Antennenstrah­ lung erwärmt wird. Grundsätzlich ist auch eine einseitige Erwärmung in einem im Schnitt parabel- oder halbellip­ senförmigen Hohlraumresonator 6 möglich. Im folgenden werden weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Die Ausgestaltung der Fig. 3 zur Mikrowelleneinspeisung weist innerhalb des Hohlraumresonators 6 einen teilweise geöffneten koaxialen Leiter auf. Dieser ist durch einen in einem Dielektrikum 4 angeordneten Innenleiter 3 gebil­ det, bei dem das Dielektrikum koaxial zum Leiter auf dessen dem den Scheitel 8a des Hohlraumresonators 6 abgewandten Bereich mit einem teilweise geöffneten leit­ fähigen Mantel 9 versehen ist. Die Mikrowellenstrahlung wird hierdurch gegen den Scheitel 8a (Stirnseitenbereich) des Hohraumresonators gerichtet und von diesen in den übrigen Bereich des Hohlraumresonators und zu bearbeite­ ten Werkstücken hin (hierzu weiter unten) reflektiert.

Die Fig. 4 und 5 zeigen als Mikrowellen-Antenne 2 eben­ falls einen Koaxialleiter. Dieser weist in der darge­ stellten Ausführungsform wiederum einen Leiter 3 auf, der aber nun mit Abstand von einem leitfähigen Rohr als Außenleiter 12 umgeben ist, welches auf seiner dem Schei­ tel 8a des Hohlraumresonators 6 zugewandten Seite mit Austrittsschlitzen oder Kreisdurchbrüchen 13 versehen ist. Die Führung der Mikrowellenstrahlung erfolgt daher aus der Ausgestaltung der Fig. 3 entsprechend der der Fig. 2. Das Verhältnis von Schlitzlänge zu Schlitzbreite ist vorteilhafter Weise über die gesamte Länge des Ko­ axialleiters 11 konstant; dies muß aber nicht der Fall sein.

Während bei den Ausgestaltungen der Fig. 1 und 3 der Leiter bzw. Innenleiter 3 sich im Fokusbereich des Hohl­ raumresonators 6 befindet, ist dies bei den Ausgestal­ tungen der Fig. 4 und 5 nicht der Fall. Bei diesen Ausge­ staltungen ist die Ebene der Austrittsschlitze 13 im Fokusbereich F des Hohlraumresonators 6 angeordnet.

Die Ausgestaltung der Fig. 6 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt als Mikrowellenleiter einen Hohlleiter 14, der im oberen Bereich des Hohlraumresonators 6 derart angeordnet ist, daß die zum Inneren des Hohlraumresona­ tors 6 gerichteten Austrittsschlitze 13 des Hohlleiters 14 ebenfalls wieder im durch ein Kreuz angedeuteten Fokusbereich F des Hohlraumresonators liegen; hier ist der körperlich nicht vorhandene Scheitel des Hohlraumre­ sonators angedeutet.

Fig. 7 Zeit einen Hohlraumresonator 6 mit lediglich einem ersten Scheitelbereich 8 zur Mikrowellenbehandlung eines Werkstücks 16 in Form einer unter dem Scheitelbereich hindurch gezogenen Materialbahn.

Es kann aus gewissen Gründen notwendig sein, den Abstand zwischen der Mikrowellen-Antenne 2 und dem zu behandeln­ den Werkstück 16 größer zu wählen. Aus diesem Grunde schließt sich bei der Ausgestaltung der Fig. 8 der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung an den parabel- oder teilellip­ senförmig ausgebildeten Scheitelbereich 8 des Hohlraumre­ sonators 6 ein Distanzstück 17 mit parallel zueinander verlaufenden Wandungen an; erst an dieses schließt sich dann der Arbeitsbereich des unter der Mikrowellen-Antenne 2 durchlaufenden Werkstücks 16 an. Auch diese Ausgestaltung mit Distanzstück 17 kann symmetrisch mit 2 Mikrowellen- Antennen entsprechend der Fig. 2 ausgebildet sein.

Dabei kann sich die Bahn, allgemein ein Werkstück, auch im Behandlungs-Fokusbereich F' eines Hohlraumresonators 6 bzw. des zweiten Scheitelbereichs befinden, der andere Parameter aufweist als der erste Scheitelbereich 8 des Mikrowellenerzeugungsfokus, in dem sich die Mikrowellen- Antenne 2 befindet, also beispielsweise im Querschnitt die Form einer flacheren Parabel aufweisen.

Aus gewissen Gründen kann es sinnvoll oder notwendig sein die Mikrowellenstrahlen nicht direkt auf das Werkstück zu richten, beispielsweise, wenn aus diesen bei der Behand­ lung Dämpfe austreten oder Flüssigkeitsspritzer, die die Mikrowellen-Antenne verschmutzen und damit beschädigen könnten. Letzeres wird bei der Ausgestaltung der Fig. 9 verhindert. Bei dieser Ausgestaltung schließt sich an den ersten Scheitelbereich 8 winklig zu diesem vorzugsweise in einem rechten Winkel ein Gehäuseabschnitt 19 mit in dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zueinander verlaufenden Wandungen an, unterdessen Ende das Werk­ stück 16 hindurchgezogen wird. Zwischen erstem Scheitel­ bereich 8 und Gehäuseteil 19 ist eine winklig angeordnete Reflektorfläche 20 vorgesehen, die derart angeordnet ist, daß sie die in der Mikrowellen-Antenne 2 erzeugten Mikro­ wellen auf das Werkstück 16 richtet.

Zur Erhöhung der Intensität der Mikrowellenbehandlung in einem quer zur Verlaufsrichtung des Werkstücks 16 parall­ el zur Mikrowellen-Antenne 2 ausgerichteten Behandlungs­ bereich kann vorgesehen sein, einen Hohlraumresonator 6 mit zwei Fokusbereichen vorzusehen, in dessen einem (F) sich in der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 be­ schriebenen Weise der Mikrowellenleiter bzw. der Au­ strittsbereich Mikrowellen findet, während durch deren anderen Fokusbereich F' (Behandlungsfokus; Fig. 10) das Werkstück gezogen wird. Bei dieser Ausgestaltung werden die von der Mikrowellen-Antenne 2 erzeugten Mikrowellen in den zweiten Fokusbereich F' und damit auf das Werk­ stück fokussiert. Zur beidseitigen Behandlung kann auf der der Mikrowellenantenne 2 und dem ersten Scheitelbe­ reich 8 abgewandten Seite des Werkstücks 16 ein ent­ sprechender Hohlraumresonator 6' mit einer zweiten Mikro­ wellen-Antenne 2' vorgesehen sein, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist.

Zur Erhöhung der einseitigen Intensität der Mikrowellen­ behandlung eines Werkstücks 16 können auch einseitig desselben zwei Mikrowellen-Antennen 2, 2.1 in ihnen jeweils zugeordneten ersten Scheitelbereichen 8, 8.1 angeordnet sein, wobei die Scheitelbereiche 8, 8.1 des Hoh raumresonators derart angeordnet und ausgerichtet sind, insbesondere ihre Symmetrieflächen, die winklig zueinan­ der verlaufen, daß die Behandlungsbereiche 22 beider Mikrowellen-Antennen 2, 2.1 im wesentlichen übereinstimmen (Fig. 12).

Weiterhin kann es notwendig sein ein Werkstück 16, wie eine Bahn über einen längeren Zeitraum bzw. eine längere Strecke mit Mikrowellen zu behandeln, als dies mit einer Mikrowellen-Antenne oder zwei auf einen gemeinsamen Bereich gerichteten Mikrowellen-Antenne möglich ist. In diesem Falle können mehrere Mikrowellen-Antennen 2, 2.1, 2.2, 2.3. . . parallel nebeneinander zueinander ausgerichtet sein und in ersten Scheitelbereichen 8, 8.1, 8.2, 8.3. . . des Hohlraumresonators angeordnet sein, deren Symmetriemit­ telflächen parallel zueinander angeordnet sind, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist.

Neben einer Wärmebehandlung eines Werkstücks oder von Werkstücken in der oben beschriebenen Form, wobei das Werkstück nicht eine Bahn sein muß, sondern auch auf einem Förderband durch den Behandlungsbereich gefördertes Schüttgut oder dgl. sein kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Plasmabeschichtung eines Werkstücks oder von Werkstücken mittels Mikrowellen eingesetzt werden.

Hierbei ist die Plasmabehandlungszone, in dem sich das Werkstück oder die Werkstücke befinden von dem Mikrowel­ lenerzeugungsbereich, in dem sich die Mikrowellen-Antenne 2 befindet, körperlich zu trennen, da die Bedingungen der Gase im Mikrowellenerzeugungsbereich und in der Plasma- Behandlungszone unterschiedlich sein müssen, damit einer­ seits im Mikrowellenerzeugungsbereiche kein Plasma ent­ steht, andererseits ein solches in der Plasma-Behand­ lungszone erzeugt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft zur Erzeugung eines Plasmas die Mikrowellenkonzentration in der Plasma-Behandlungs­ zone zu verstärken, daher hier neben dem ersten Fokusbe­ reich, in dem sich die Mikrowellen-Antenne 2 befindet einen zweiten Fokusbereich F' in der Plasma-Behandlungs­ zone vorzusehen, der in den im folgenden beschriebenen Figuren wiederum, wie auch vorstehend, durch ein Kreuz (x) angedeutet ist.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 14 erfolgt die Trennung von Mikrowellenerzeugungszone 23 und Plasma-Behandlungsz­ one 24 lediglich durch eine Trennwand 26 aus einem Di­ elektrikum.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 15 ist die Plasma-Behand­ lungszone durch ein im Hohlraumresonator 6 eingebrachtes Rohr 27 umschlossen.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 16 ist die Plasmabehand­ lungszone 24 um den Fokusbereich F' durch einen mit dessen Wandungen gasdicht verbundenen Teilzylinder 28 vom Mikrowellenerzeugungsbereich 23 abgetrennt.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 17 sind der die Mikrowel­ len-Antenne 2 umgebende erste Scheitelbereich 8 und der den Fokusbereich F' in der Plasma-Behandlungszone umge­ bende zweite Scheitelbereich 8' winklig zueinander ange­ ordnet, d. h. ihre Mittelebenen fluchten nicht, sondern sind unter einem endlichen Winkel zueinander ausgerich­ tet. Die Mikrowellenstrahlung wird ähnlich wie bei der Ausgestaltung der Fig. 9 durch eine winklig angeordnete Reflektorfläche 20 von der Mikrowellen-Antenne 2 in die Plasma-Behandlungszone um den zweiten Fokusbereich F' reflektiert. Zusätzlich zur Trennwand 26 kann eine zweite Trennwand 26' vorgesehen sein.

Zur Verstärkung des Mikrowelleneintrags in die Plasma-Be­ handlungszone 24 können wiederum mehrere Mikrowellen- Antennen 2, 2.1, 2.2. . . vorgesehen sein, wie dies in den Fig. 18 bis 20 dargestellt ist. Bei der Erzeugung von Mikrowellen zur Plasma-Behandlung sind die (mehreren) Mikrowellen-Antennen 2, 2.1. . . dabei vorzugsweise symme­ trisch um die Plasma-Behandlungszone 24 und den in dieser gegebenen, für sämtliche Mikrowellen-Antennen überein­ stimmenden zweiten Fokusbereich F' der Vorrichtung ange­ ordnet. Dies heißt bei zwei Mikrowellen-Antennen 2, 2.1, daß diese sich diagonal auf einer durch die beiden Mikro­ wellen-Antennen und den zwischen ihnen befindlichen Behandlungs-Fokus F' angeordnet sind (Fig. 18); bei drei Mikrowellen-Antennen 2, 2.1, 2.2 sind diese unter einem Winkel von jeweils 120° um den Behandlungsfokus F' angeo­ rdnet (Fig. 19), bei vier Mikrowellen-Antennen entspre­ chend unter einem Winkel von 90° um den Behandlungsfokus F' (Fig. 20), etc.

Während bei lediglich der Wärmebehandlung eines Werk­ stücks 16 wie einer Bahn, dieses unter der Mikrowellen­ quelle durch den Behandlungsbereich gezogen werden kann, wobei es in diesen ein- und wieder austritt, ist dies bei einer Plasmabehandlung eines Werkstücks, wie der Be­ schichtung einer Bahn in einem Plasma nicht möglich; während der Behandlung muß das gesamte Werkstück im Plasmabehandlungsbereich verbleiben. Demgemäß sind bei der Ausgestaltung der Fig. 21 im Plasma-Behandlungsbe­ reich 24 zwei Wickeldorne 31, 32 vorgesehen, von dessen einem (beispielsweise 31) die Bahn ab- und auf dessen anderen (32) die Bahn aufgewickelt wird. Da einerseits die Wickeldorne 31, 32 sich nicht in der unmittelbaren Behandlungs-, d. h. Auftragszone bzw. im zweiten Fokus befinden sollen, die aber zur Behandlung durch diesen zu führen ist und andererseits auch die Ausgestaltung des Gehäuses bzw. der Wandung des Plasmabehandlungsbereiches zur Erzeugung des zweiten Fokusbereiches die räumlichen Verhältnisse bestimmt, ist bei der Ausgestaltung der Fig. 19 im Fokusbereich eine Umlenkwalze 33 vorgesehen, über welche die Bahn 16 geführt wird. Es können auch in der Nähe des Fokusbereiches mehrere Führungswalzen parallel zueinander angeordnet sein.

Die Ausgestaltung der Fig. 22 betrifft die Mikrowellen- Plasma-Behandlung von Schüttgut, damit sämtliche Teile des Schüttsguts gleichmäßig und gut beschichtet werden, ist in der Plasma-Behandlungszone 24 der Ausgestaltung der Fig. 20 ein Mischer 34 angeordnet, dessen Achse vorzugsweise sich parallel zur Mikrowellen-Antenne 2 erstreckt.

Während bei der Ausgestaltung der Fig. 22 eine diskonti­ nuierliche Behandlung des zu behandelnden Gutes gegeben ist, zeigt die Ausgestaltung der Fig. 23 eine Alternative zur kontinuierlichen Mikrowellen-Behandlung. Hierzu ist im Bereich des Behandlungsfokus F' eine Förderschnecke zur kontinuierlichen Förderung des Behandlungsgutes aus einem Vorratsbehälter in einen Aufnahmebehälter vorge­ sehen. Bei einer Plasmabehandlung muß der durch die Behälter sowie den Mantel der Förderschnecke 35 umgebende Raum abgeschlossen und in geeigneter Form mit einem Behandlungsgas beaufschlagt sein. Bei lediglich einer kontinuierlichen Wärmebehandlung von Schüttgut unter Förderung mittels einer Förderschnecke 35, beispielsweise zum Trocknen von Schüttgut ist dies nicht notwendig.

Erfindungsgemäß ist auch eine Behandlung von Abgasen möglich; diese werden durch entlang der Fokuslinie F' in einem Rohr mittels einer Förderpumpe, wie einer Wasser­ strahlpumpe gefördert. 1 erfindungsgemäße Vorrichtung
2, 2', 2.1, 2.2, 2.3 Mikrowellen-Antenne
3, 3' gestreckter linearer Leiter
4, 4' Dielektrikum
6, 6', 6" Hohlraumresonator
7 Werkstück
8, 8', 8", 8.1, 8.2, 8.3 Scheitelbereiche
8a Scheitel
9 leitfähiger Mantel
10 Rohr
11 Koaxialleiter
12 Außenleiter
13 Austrittsschlitze
14 Hohlleiter
15 Scheitelbereich
16 Werkstück
17 Distanzstück
19 Gehäuseabschnitt
20 Reflektorfläche
23 Mikrowellenerzeugungszone
24 Plasma-Behandlungszone
26, 26' Trennwand
27 Rohr
28 Teilzylinder
31 Wickeldorn
32 Wickeldorn
33 Umlenkwalze
34 Mischer
35 Förderschnecke
F, F' Fokusbereich

Claims (24)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen zur Be­ handlung von Werkstücken, mit mindestens einer an eine Mikrowellenquelle angeschlossenen Mikrowellen- Antenne mit einem gestreckten Leiter zur Erzeugung von elektromagnetischen Wechselfeldern, mit einem sich im wesentlichen über die Länge des Leiters erstreckenden Gehäuse und mit einem gestreckten, dem Leiter folgenden Auskopplungsbereich der Mikrowel­ len, wobei der Auskopplungsbereich im Gehäuse liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch einen Hohlraumresonator (6) gebildet ist, daß der Hohl­ raumresonator (6) länglich ausgebildet ist und dem Verlauf der Mikrowellen-Antenne (2) folgt, daß der Hohlraumresonator (6) mindestens einen sich erwei­ tenden Teilbereich (8, 8') aufweist, daß der Aus­ kopplungsbereich (3, 13) der Mikrowelle sich im wesentlichen im Fokusbereich des Hohlraumresonators (6) erstreckt und daß an einen ersten Scheitelbe­ reich (8, 8.1) des Hohlraumresonator (6) sich ein zumindestens nicht divergierender Gehäusebereich (17, 19, 8') anschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Antenne (2) ein von einem Di­ elektrikum umgebener elektrisch leitender gestreck­ ter Leiter (3) ist, der sich im Fokusbereich des ersten Scheitelbereichs (8, 8') befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum ein den Leiter eng umgebender Festkörper ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum durch ein den Leiter (3) mit Abstand umgebendes Rohr (4) und ein in diesem befind­ lichen Gas gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Antenne (2) durch einen Koaxial­ leiter mit Innen- und Außenleiter gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter ein einen Innenleiter (3) ledig­ lich teilweise umgebender Teilzylinder ist, der auf der dem Scheitel (8a) des Hohlraumresonators (6) abgewandten Bereich des Innenleiters (3) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (9) eine Mantelbeschichtung auf einem den Innenleiter (3) umgebenden Dielektrikum ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (1, 12) zumindestens einen dem Scheitel (8a) des Hohlraumresonators (6) zugewandten Schlitz aufweist, der im Fokusbereich (8) des ersten Scheitelbereichs (8, 8.1) liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Antenne (2) durch einen Hohl­ leiter mit im Fokusbereich (F) des ersten Scheitel­ bereichs (8, 8.1) liegender Austrittsöffnung als Auskopplungsbereich gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht divergierende Bereich (17, 19, 8') ein sich vom ersten Scheitelbe­ reich (8, 8.1) fort verjüngender zweiter Scheitelbe­ reich (8') ist und daß das Werkstück (16) im wesent­ lichen im Fokusbereich (Behandlungsfokus F') des zweiten Scheitelbereiches (8') anordbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erster Scheitelbereich (8) und nicht divergierender Bereich (17, 19) unter einem endlichen Winkel zueinander angeordnet sind und daß zwischen beiden Bereichen eine Reflektions­ fläche (20) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei erste Scheitelbereiche (8, 8.1) die jeweils eine Mikrowel­ len-Antenne (2) aufweisen, sich parallel zueinander erstreckend angeordnet sind und in einen gemeinsamen nicht divergierenden Bereich (17) übergehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die mindestens zwei ersten Scheitelbereiche (8, 8.1) benachbart zueinander angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Mikrowellenquellen (2, 2') relativ zu einem zweiten Behandlungsfokus (F') diagonal gegen­ über angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mikrowellen- Antennen (2, 2.1, 2.2, 2.3) zumindestens auf einer Seite eines Werkstücks (16) parallel nebeneinander in ihnen zugehörigen ersten Scheitelbereichen (8, 8.1, 8.2, 8.3) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß um einen Behandlungs­ fokus (11) herum mehrere Mikrowellen-Antennen (2, 2.1, 2.2, 2.3) in ihnen zugehörigen ersten Schei­ telbereichen (8, 8.1, 8.2, 8.3) symmetrisch verteilt angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse mit Abstand zum ersten Fokusbereich (F) ein Plasma-Behandlungs­ bereich durch einen Trennkörper (10, 26, 27, 28) vom Mikrowellenerzeugungsbereich abgegrenzt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Trennkörper im wesentlichen eine ebene Wandung (26) ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Trennkörper ein halbzylindrischer Mantel 20 ist, der über dem Behandlungsfokus (F') angeordnet und fest und dicht mit der Wandung des Gehäuses verbunden ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Trennkörper durch ein den Behandlungs­ fokusbereich (F') umgebendes dielektrisches Rohr (27) gebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Plasmabildung eines bahnförmigen Werkstücks innerhalb des Gehäuses Ab- und Aufwickeldorne (31, 32) vorgesehen und mindestens eine Umlenk- oder Führungsweise (33) in der Nähe des Behandlungsfokus (F') angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mikrowellen-Behand­ lung von Schüttgut, im Behandlungsbereich ein Mischer angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine Förderschnecke im Bereich des Behandlungsfokus (F') zur Förderung des zu behandelnden Materials.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch ein sich entlang des Behand­ lungsfokus (F') erstreckendes, mit einer Pumpe versehenes Gasführungsrohr.